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d_optikundatomphysik:elektromagnetische_wellen [24 June 2014 14:30] – lead_optikundatomphysik:elektromagnetische_wellen [21 October 2020 20:44] (current) – Links zu Wikipedia statt ins Archiv knaak@iqo.uni-hannover.de
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 ===== Elektromagnetische Wellen ===== ===== Elektromagnetische Wellen =====
  
-Lichtwellen sind **elektromagnetische Wellen**. Um Effekte wie Interferenz und Beugung damit erklären zu können sind ein paar weitere Dinge zum Verständnis notwendig.+Licht ist eine **elektromagnetische Welle**. Um Effekte wie [[d_optikundatomphysik:interferenz|Interferenz]] und [[d_optikundatomphysik:beugung|Beugung]] damit erklären zu können sind ein paar weitere Dinge zum Verständnis notwendig.
  
-Elektromagnetische Wellen sind Transversalwellen. +Elektromagnetische Wellen sind Transversalwellen. (D.h. dass sie senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung schwingen, wie beispielsweise eine Welle die man mit einem Seil erzeugt.) 
-Sie bestehen aus zwei Felder, die senkrecht aufeinander stehen und in Phase sind. +Sie bestehen aus zwei Feldern, die senkrecht aufeinander stehen und in Phase sind. 
-Bei diesen zwei Feldern handelt es sich um ein [[c_elehre:elektrisches_feld|elektrisches]] und um ein [[c_elehre:magnetisches_feld|magnetisches Feld]]. +Bei diesen zwei Feldern handelt es sich um ein [[wpde>elektrisches Feld]] und um ein [[wpde>Magnetfeld|]]. 
-D.h. für das E- und B-Feld gilt+Für das E- und B-Feld gilt also:
 $$ E \times B.$$ $$ E \times B.$$
-Die Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle ist orthogonal zu den Feldern, kann also dementsprechend durch das Kreuzprodukt der beiden bestimmt werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Welle ist gleich der Lichtgeschwindigkeit $c\approx 2,998\cdot10^8 \frac{m}{s}$. +Da die Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle orthogonal zur Schwingungsrichtung, also orthoginal zu den Feldern ist, kann diese durch das Kreuzprodukt der beiden bestimmt werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen ist im Vakuum gegeben durch $c=2,99792458\cdot10^8 \frac{\text{m}}{\text{s}} \approx 3 \cdot 10^8 \frac{\text{m}}{\text{s}}$. In verschiedenen Medien weicht die Lichtgeschwindigkeit jedoch leicht ab (siehe [[d_optikundatomphysik:beugung|]]).
-Basis elektromagnetischer Phänomene sind die Maxwell-Gleichungen.+
  
-Bei einem Übergang der Welle zwischen zwei unterschiedlichen Medien ändert sie ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch ihre Ausbreitungsrichtung. Diesen Effekt nehmen wir als Brechung wahr und er lässt sich auf das [[d_optikundatomphysik:lexikon&#huygenssche_prinzip|Huygenssche Prinzip]] zurückführen. Genau wie die [[d_optikundatomphysik:beugung|Beugung]]. Dabei trifft die elektromagnetische Welle auf ein Hindernis, wie beispielsweise einen Spalt, hinter dem es danach durch das [[d_optikundatomphysik:lexikon&#huygenssche_prinzip|Huygenssche Prinzip]] zur [[d_optikundatomphysik:beugung|Beugung]] kommt.+Das Verhalten von elektromagnetischen Wellen wird beschrieben mithilfe der: ++++ Maxwell-Gleichungen im Vakuum (für A-Kurse)|
  
-Wenn Ihr gerne mehr über elektromagnetische Wellen erfahren wollt, klickt einfach [[c_elehre:elektromagnetische_wellen|hier]]. +\begin{eqnarray*} 
- +\vec \nabla * \vec B &&= 0 \\ 
-++++ToDo| +\vec \nabla * \vec E &&= \frac{\rho}{\epsilon_0}\\ 
-  *Maxwell-Gleichungen verlinken oder hier erläutern?+\vec \nabla \times \vec E &&= -\frac{\partial \vec B}{\partial t}\\ 
 +\vec \nabla \times \vec B &&=  \mu_0 *\vec j + \mu_0  \epsilon_0 *\frac{\partial \vec E}{\partial t} 
 +\end{eqnarray*} 
 +Bei diesen handelt es sich um Differentialgleichungen, dessen Lösungen das magnetische und elektrische Feld beschreiben.
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 +Bei einem Übergang der Welle zwischen zwei unterschiedlichen Medien ändert sie ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch ihre Ausbreitungsrichtung. Diesen Effekt nehmen wir als [[d_optikundatomphysik:beugung|Brechung]] wahr und er lässt sich auf das [[d_optikundatomphysik:huygenssches_prinzip|Huygenssche Prinzip]] zurückführen. Genau wie die [[d_optikundatomphysik:beugung|Beugung]]. Dabei trifft die elektromagnetische Welle auf ein Hindernis, wie beispielsweise einen Spalt, hinter dem es danach durch das [[d_optikundatomphysik:huygenssches_prinzip|Huygenssche Prinzip]] zur [[d_optikundatomphysik:beugung|Beugung]] kommt.
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 +====Eigenschaften elektromagnetischer Wellen====
 +Wichtige Eigenschaften elektromagnetischer Wellen sind **Wellenlänge, Frequenz** und [[d_optikundatomphysik:polarisation|Polarisation]]. Die Polarisation beschreibt die Ebene in welcher das E- und das B-Feld schwingen. Die Wellenlänge $\lambda$ beschreibt den Abstand zwischen zwei Wellenbergen der Schwingung, und die Frequenz $f$ beschreibt die Geschwindigkeit, mit der an einem festen Punkt eine komplette Schwingung durchlaufen wird. Da die Lichtgeschwindigkeit $c$ eine Konstante ist, sind diese über folgende Gleichung verbunden:
 +$$\lambda=\frac{c}{f}$$
 +
 +Als "Licht" oder "Lichtwelle" bezeichnet man den Teil des [[d_optikundatomphysik:elektromagnetisches_spektrum|elektromagnetischen Spektrums]], welcher für das menschliche Auge sichtbar ist. Es handelt sich dabei also um elektromagnetische Wellen mit einem bestimmten Frequenz-/Wellenlängenbereich.
 +<WRAP group>
 +<WRAP 60% center>
 +{{ :d_optik:sine_waves_different_frequencies.svg |}}
 +</WRAP>
 +</WRAP>
 +Die Energie, welche von der Strahlung übertragen wird, ist dabei größer je höher die Frequenz. Dies ist aufgrund der obigen Gleichung äquivalent zu einer kurzen Wellenlänge. Dies wird mit folgender gleichung beschrieben:
 +$$E_{Photon}=f*h$$
 +Wobei $h$ das Planksche Wirkungsquantum ist ( $6,626*10^{34}Js$).
 +